基于工业以太网和PROFIBUS的FCS实时在线故障诊断系统

1.3 从站诊断

1.3.1 与从站诊断有关的中断组织块

当DP从站出现部分节点故障、信号模块导线断开、I／O通道的短路或过载、模拟量模块的电源故障等故障时，CPU的操作系统将在故障产生和消失时，分别调用一次诊断中断组织块OB82；当机架、DP主站系统或分布式I/O由于掉电、总线导线断开、I/O系统等原因发生故障时，CPU的操作系统将在故障出现和消失时，分别调用一次机架故障或分布式I／O的站故障中断组织块OB86；如果I／O访问错误中断，如CPU访问有故障的I／O模块、不存在的或有故障的DP从站的PI／PQ输入输出数据，或访问了一个CPU不能识别的I／O地址，那么CPU的操作系统将在每一个扫描周期调用一次OB122。下位机程序把每个中断组织块局部变量中的诊断数据存储到数据块，为上位机软件从站诊断提供诊断数据。

1.3.2 FBl25诊断功能块

FB125功能块是西门子公司提供的一个驱动中断功能块，可在OB1、OB82、OB86中直接调用，并存储诊断数据信息。诊断数据块中包含所有站的诊断信息，通过上位机分析可得到从站的组态、从站丢失等故障信息，以及故障从站的诊断报文，部分模块还可以得到故障通道的具体诊断信息。

1.3.3 诊断报文

PROFIBUS提供了一个方便的、功能强大的诊断信息报文，不但在上电起始阶段主站会自动进行诊断请求，而且每当从站出现异常时，任何一个主站都可以向任何一个从站发送诊断请求，故障从站向主站发送诊断响应报文。上位机通过分析诊断报文，就可以对故障从站的故障状态进行深入分析。

1.4 底层诊断

底层诊断主要完成对现场通信总线所引起故障的诊断。在底层网络中挂接诊断中继器，作为从站在设备运行期间提供来自PROFIBUS底层的诊断数据，并与主站交换诊断信息。下位机软件把诊断数据存储到数据块；而上位机则主要通过组态形象的诊断画面，表征出电缆破裂、电路短路、终端电阻丢失、单个总线网段中有两个或更多的诊断回路、总线网段中有太多的节点、节点距离诊断中继器太远等故障原因及准确位置。
2 诊断系统设计

图2 诊断系统故障诊断流程图

系统主要由硬件系统和软件系统两部分构成，硬件系统由基于工业以太网的多个PROFIBUS网络组成。目前国内大中型PROFIBUS系统主要采用西门子公司的大中型PLC作为系统主站，所以下位机软件采用西门子公司的STEP7，完成底层硬件组态及数据采集的任务。鉴于PROFIBUS与WinCC良好的融合性，上位机软件选用西门子组态软件WinCC作为设计平台。诊断系统故障诊断流程图如图2所示。

2.1 下位机软件数据采集系统

在控制系统硬件的基础上，对系统稳定运行影响比较大的网段挂接诊断中继器，以完成对该网段的底层故障的准确定位。参照诊断层次的划分，下位机软件系统主要负责对诊断数据的采集、判断、整合和存储，并把诊断数据存储到定义好的DB块。

2.2 上位机软件组态画面设计

上位机软件主要是编写后台数据处理程序，实现对诊断数据的分析处理，并在组态画面上准确、有效、形象的显示诊断结果，在完成直观画面显示的同时又能实现系统的所有功能。整个上位机软件结构如图3所示。

图3 上位机软件系统结构图

2.3 上位机软件数据表征方法

上位机软件系统需要编写有效的判断程序和设计丰富的诊断画面，才能对海量的诊断数据进行形象化的显示，因此就需要研究一套诊断数据的表征方法，其实现过程的关键环节大致分为变量赋值和画面设计两部分。

变量赋值表征方法关键点：首先是创建结构类型的变量，避免由于重复性的变量连接，而极大降低系统开发设计后程序的运行效率；二是把诊断数据命名为有具体意义的变量名称，例如：LED_run_1，代表模块RUN指示灯的第一个字的判断数据。三是编写高效的VBS脚本程序，实现外部变量到内部变量的赋值，把大量诊断数据缓存以避免数据丢失，并能适应画面处理速度的需要，同时循环执行函数的赋值语句，使内部变量实时刷新显示外部的变量值。故障从站详细诊断数据赋值内部变量的实例如图4所示，通过程序判断诊断数据，确定主站地址和从站地址，再把具体的诊断信息保存到相应的内部变量。例如6号主站带的72号从站故障类型判断结果，会保存在M6S72．ERROR_TYPE内部变量。

图4 从站详细诊断信息变量赋值举例

画面设计表征方法关键点：画面设计主要是针对数据表征需要，对图标颜色变化、闪烁频率变化、数据与文字显示组合等信息进行充分的综合运用，同时运用恰当的Photoshop位图，以使画面美观。